振弦式 渗压计 作业指导书.docx
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振弦式 渗压计 作业指导书.docx
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振弦式渗压计作业指导书
振弦式渗压计作业指导书
1、适用范围及依据
1.1适用范围
振弦式渗压计适用于长期埋设在水工建筑物(地基或基岩)内部和其它混凝土建筑物及土体内部,长期观测建筑物或土体内部的渗透(孔隙)水压力,亦可用于观测水库水位的变化,并可同时测量埋设点的温度。
渗压计加安装配套附件可在测压管、管道、地基钻孔中使用。
1.2标准及依据
DL/T5178-2003《混凝土大坝安全监测技术规范》
SL60-1994《土石坝安全监测技术规范》
GB/T13606-92《岩土工程用钢弦式压力传感器国家标准》
2、测量原理及仪器结构
2.1测量原理:
当被测水压荷载作用在渗压计上,将引起弹性膜片的变形,其变形带动振弦转变成振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。
电磁线圈激振振弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至读数装置,即可测出水荷载的压力值,同时可同步测出埋设点的温度值。
2.2仪器结构:
振弦式渗压计由透水石、不锈钢感应膜片、密封壳体,信号传输电缆、振弦及激振电磁圈等组成。
2.3型号、规格及技术指标
规格型号
SXX-2
SXX-3.5
SXX-4
SXX-6
SXX-10
SXX-16
SXX-25
尺寸
最大外径Dmm
30
30
30
30
30
30
30
参数
长度Lmm
140
140
140
140
140
140
140
测量范围KPa
0~200
0~350
0~400
0~600
0~1000
0~1600
0~2500
最小读数kKPa/F
≤0.11
≤0.15
≤0.20
≤0.27
≤0.45
≤0.72
≤1.13
性能参数
温度测量范围℃
0~+40
0~+40
0~+40
0~+40
0~+40
0~+40
0~+40
温度测量精度℃
±0.5
±0.5
±0.5
±0.5
±0.5
±0.5
±0.5
温度修正系数bKPa/℃
≈0.8
≈0.8
≈0.6
≈0.6
≈0.6
≈0.6
≈0.6
绝缘电阻MΩ
≥50
≥50
≥50
≥50
≥50
≥50
≥50
3、安装埋设
3.1验收与保管
1.用户开箱验收仪器,应先检查仪器的数量(包括附件)及出厂检验合格证是否与装箱清单相符。
2.每支仪器都提供了率定数据,包括在常温和常温环境气压之下的零讀数。
3.开箱后每支仪器应先用100V兆欧表量测电路与密封壳体之间的绝缘电阻,其测值应满足绝缘电阻规定要求。
验收时每支仪器应用振弦式指示仪测量,检查仪器是否正常。
4.仪器应保管在干燥、通风的房间中。
3.2仪器安装
渗压计的使用场合很多,应根据不同的使用条件进行埋设安装。
常用的安装使用场合有以下几种:
▪在现浇混凝土内埋设;
▪在基岩面上埋设;
▪在土体中埋设;
▪在水平浅孔中埋设;
▪在深孔中埋设;
▪在测压管中安装。
渗压计在安装时应注意如下几点:
进水条件:
必须确保仪器的进水口畅通,防止水泥浆堵塞进水口,为此应将进水口用无纺土工布或钢丝布或多层细纱布装中砂、细砂做成人工的反滤层砂袋包裹;
仪器预饱和:
由于混凝土的渗透系数很小,而渗压计前盖空腔内有一定容积,需要一定的水量才能充填满。
为了解决这个问题,使仪器的滞后尽可能的小,在仪器埋设前(将透水石取下用水煮沸,然后再装上)必须将前盖空腔装满水,并排除气泡,滤层的砂也需充分饱和,埋设时将进水口朝上,以免空腔内的水流出。
密封止水:
埋设在接近坝体迎水面的仪器,在电缆引出的途中,必须设有止水板,以防止迎水面高压水顺电缆渗透。
安装前的准备:
(1)将透水石取下,用水煮沸;
(2)渗压计前盖朝上,空腔装满水,并排除气泡;
(3)根据应用场合和设计要求,安装不同进气值的透水石。
安装低进气值的渗压计,宜用无纺土工布装干净的饱和细纱包裹,做成反滤砂袋,直径约为10cm;
(4)安装埋设前应使渗压计及其反滤砂包保持为饱和状态。
3.2.1渗压计的安装埋设
(1)在现浇混凝土内埋设
在现浇混凝土内埋设渗压计,通常埋设在采用分层浇注施工时的混凝土块施工缝上,主要用于监测在库水作用下,沿混凝土施工缝的渗透水压力。
①在先浇注的混凝土块层面上的测点处预留一个直径20cm、深30cm的孔;
②在上层混凝土浇注前,将包裹反滤料的渗压计放入孔中,孔内填满饱和细沙,孔口加一盖板(如图)
③理顺电缆,引向测站,测量初值,开始混凝土浇注。
(图)在现浇混凝土内埋设渗压计
(2)在基础面上埋设
a混凝土结构物基础
①在基岩上钻一集水孔,孔径Ø5cm,深100cm,孔内填以干净的砾石;
②将包裹细沙反滤料的渗压计放在集水孔上,在砂包上覆盖砂浆,待砂浆凝固后即可浇注混凝土(如图);
③理顺电缆,引向测站,测量初值,开始混凝土浇注。
注:
当混凝土结构物(如混凝土坝)的基础需进行固结灌浆和帷幕灌浆,因压力灌浆的浆液可能堵塞集水孔和仪器进水口,故在灌浆施工之前不宜采用此法安装渗压计。
b土石坝基础
①当土石料填筑高于基础50~100cm时,在测点处暂停填筑,挖去填土,露出50×40cm的基础;
②在底部填20cm厚的砂,放入包裹细沙反滤料的渗压计,再覆盖20~30cm
的砂,浇水使砂层饱和;
③仪器电缆沿挖好的电缆沟引向观测站。
电缆沟宽50cm、深50cm,电缆线之间应平行排列,呈S形向前引伸(如图)
④用原填筑料分层回填,并用木槌分层击实。
回填压实密度和含水量应与坝体设计一致;
⑤仪器和电缆的回填土在120cm以内时,用人工或轻型机械进行压实;填土厚的120~200cm时,可用静碾压实;填土超过200cm以上时,可进行正常碾压施工;
⑥纪录埋设前后的仪器測值。
(图)土石坝基础埋设渗压计
(3)在土体中埋设
填筑体(如土石坝)在施工期埋设渗压计,可采用坑埋方法;在施工完毕后的运行期埋设渗压计,则可采用钻孔方法。
a一般土料
①当土石料填筑高于设计埋设高程40cm时,在测点处暂停填筑,挖出一个底部尺寸(长×宽)为30×30cm,深为50cm的坑;
②在底部填10cm的干净中粗砂,放入包裹细沙反滤料的渗压计,再覆盖20cm的中粗砂,浇水使砂层饱和;
③用原填筑料分层回填,并用木槌分层击实。
回填压实密度和含水量应与坝体设计一致。
对粗颗粒料中的埋设,应采用反滤的形式整平埋设基床和回填土料,由靠近仪器为细料向粗料过渡;
④仪器电缆沿挖好的电缆沟引向观测站。
电缆沟宽40cm、深40cm,电缆线之间应平行排列,呈S形向前引伸。
可根据设计要求,采用套管、槽板等对电缆进行专门的保护;
⑤仪器和电缆的回填土在120cm以内时,用人工或轻型机械进行压实;填土厚的120~200cm时,可用静碾压实;填土超过200cm以上时,可进行正常碾压施工;
⑥纪录埋设前后的仪器測值。
说明:
也可采用专用钻孔工具钻孔埋设,在填筑高程高于埋设部位100cm时进行。
(图)一般土料中安装渗压计
b粘性土料
在粘性土料(土石坝的粘土心墙)中埋设渗压计,当透水石为高进气值时,也可以采用不设反滤料的直接埋设方法。
①当土料填筑高于设计埋设高程50cm时,在测点处暂停填筑,挖出一个底部尺寸(长×宽)为30×30,深为40cm的坑;
②在底部用与渗压计直径相同的前端呈锥形的铁棒打入土层中,深度与仪器长度一样,拔出铁棒后,将透水石已饱水的仪器读取初值后迅速插入孔内,并用手加压。
仪器压入孔内后,用原填筑料分层回填,并用木槌分层击实。
回填压实密度
和含水量应与坝体设计一致。
③同层仪器电缆沿挖好的电缆沟汇集在一起,并在心墙体内沿竖向引至顶部观测站。
电缆沟宽40cm、深40cm,电缆线之间应平行排列,呈S形向前引伸。
可根据设计要求,采用套管等对电缆进行专门的保护;
④仪器和电缆的回填土在120cm以内时,用人工或轻型机械进行压实;填土厚的120~200cm时,可用静碾压实;填土超过200cm以上时,可进行正常碾压施工;
⑤纪录埋设前后的仪器測值。
(图)在粘性土料(土石坝的粘土心墙)中埋设渗压计
(4)在水平浅孔中埋设
在地下洞室围岩内或边坡岩体表面浅层埋设渗压计,需要采用水平浅孔埋设和集水。
浅孔的深度为50cm,直径15~20cm,如果孔内无透水裂隙,可根据需要的深度,在孔底套钻一个Ø3cm的小孔,经滲水试验合格后,小孔内填入砾石,在大孔内填含水细砂,将饱水的渗压计埋设在细砂中,孔口封以盖板,并用水泥砂浆封固,砂浆凝固后即可浇注混凝土或填筑土石料。
(图)在水平浅孔中埋设渗压计
(5)在深孔中埋设
在坝基深部、边坡、运行期建筑物内进行渗透水压力监测,需要在钻孔内安装埋设渗压计。
钻孔的深度由设计确定,孔径一般不小于150mm。
岩体钻孔应做压水试验,钻孔位置应根据地质条件和压水试验结果确定。
埋设前测量好孔深,先向孔内倒入20~40cm厚的中粗砂至仪器埋设高程,然后将带反滤沙包的渗压计放入孔底。
如钻孔太深,为防因沙包及电缆自身过重受损,可用钢丝吊住沙包,并把电缆绑在钢丝上进行吊装。
经检验合格后,在其上填20~40cm中粗砂,并使之饱和,再填入10~20cm细砂,最后在余孔段灌入水泥膨润土浆或预缩水泥砂浆。
可在钻孔内埋设多个渗压计,实现渗透水压力的分层监测。
方法同上,但应做好相邻渗压计之间的封闭隔离。
当设计为监测建筑物或基础深层的渗透点压力时,应将渗压计封闭在不大于50cm的钻孔滲水段内。
当钻孔岩体的渗透系数很小时,渗压计应埋设在体积较小的集水孔段内。
(6)在测压管中安装
在介质渗透系数较大部位(如土石坝坝壳)的渗透水压力监测、混凝土坝的扬压力监测以及大坝两岸的绕坝渗流监测等,通常采用测压管式孔隙压力计。
当工程需要实施自动化监测时,可通过在测压管中安装渗压计来实现。
渗压计的典型安装方法是将仪器直接投入到测压管中的设计位置,如混凝土坝扬压力孔内安装渗压计。
当测压管很深时,应采用钢丝或细钢丝绳拴住渗压计,仪器电缆绑在钢丝绳上,缓缓放入测压管中,钢丝绳固定在管口上部。
测压管的工作状况有三种:
即有压、无压和时有时无压。
安装渗压计后,管口可按两种方式进行改造。
一种是无压管口,如土石坝的测压管、混凝土坝的绕坝渗流孔等,其管口结构应保证能方便地进行人工比测,并对设备具有良好的防护功能(如图)。
(图)在测压管中安装渗压计
在混凝土坝的扬压力孔测压管,经常表现为有压和时有时无压状态,测压管管口既要能密封以承受压力,而当测压管无压时又要能进行人工比测,因此需要制备专门的管口设备(如图)
(图)有压和时有时无压的测压管管口装置示意图
3.3电缆安装
仪器电缆布置时不得与交流电缆一同敷设,电缆走线应尽量避免受到移动设备、尖锐材料等的伤害。
埋入坝体混凝土中的仪器电缆应详细记录埋设部位,使灌浆钻孔时避开缆线。
3.3.1仪器电缆接长
振弦式渗压计采用专用水工四芯电缆将仪器电缆接长,接长电缆的黑、蓝两根芯线与仪器电缆的黑芯线焊接在一起,接长电缆的绿、白芯线与仪器电缆的白芯线焊接在一起,接长电缆的红芯线与仪器电缆的红芯线焊接在一起,电缆接头可采用热缩管密封电缆接头技术(见下一节)。
3.3.2电缆的接长
振弦式渗压计采用专用水工四芯电缆按照相同颜色芯线将电缆接长,电缆接头可采用热缩管密封电缆接头技术,其步骤如下∶
先将仪器电缆头每根芯线套上Ø5.0mm(长度3~4cm可自定)细热缩管,然后与电缆每根芯线一一进行对联接。
各联接芯线再用电烙铁焊锡焊牢,焊锡后将细热缩管复盖住焊锡头,由中间向两边反复转动,用酒精灯或加热器对热缩管进行加热。
如果是二根芯线与一根芯线焊接后则用稍大一些的Ø6.0mm中热缩套管套上(长度3~4cm可自定)。
各芯线联接热缩好后,用J-20电工自粘绝缘胶带分别缠紧,长度要求复盖住每根芯线。
然后用J-20电工自粘绝缘胶带总扎紧,要求缠均匀,长度以复盖住所有芯线为宜。
先在焊锡前套上Ø18.0mm二层大热缩管,长度分别为14~16cm、16~18cm。
然后将电缆1,及电缆2再用锉刀锉一下,在电缆锉的位置处缠上1cm宽的红色密封胶一圈多,操作时先将密封胶一头稍加热一下,立即卷粘在锉好电缆1及电缆2上一圈多,再将热缩管内层管套上进行反复转动加热,由中间向两边将气泡赶出,在密封胶位置处多多转动加热,然后再进行第二次上密封胶,操作方法同上,将热缩管外层管套上进行反复转动加热。
注意∶所有细、中、粗热缩套管都要事先在焊锡前套好,勿忘!
另外,红色密封胶分成三根用,约1cm宽左右。
4、数据读取与计算
振弦式渗压计可采用人工测读和自动化采集两种方式进行量测。
4.1人工测量与计算
人工方式量测时,振弦式渗压计可采用PSM-V型振弦式仪器检测仪进行测量。
4.1.1仪器与振弦式仪器检测仪的连接
振弦式渗压计仪器电缆为5芯水工电缆,分别与接入指示仪的连接电缆对应颜色的分线电缆用电缆夹相连。
4.1.2数据读取与记录
按照PSM-V型振弦式仪器检测仪使用说明书,读取频率模数F。
振弦式渗压计埋设于坝体或基岩内,渗透水压力自进水口经透水石作用在渗压计的弹性膜片上,将引起弹性膜片的变形,并引起振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。
电磁线圈激振振弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至读数装置,即可测出水荷载的压力值,同时由仪器中的热敏电阻可同步测出埋设点的温度值。
振弦式仪器的量测量采用频率模数F来度量,其定义为:
式中f为振弦式仪器中钢丝的自振频率。
(1)当外界温度恒定,渗压计仅受到渗透(孔隙)水压力时,其压力值P与输出的频率模数变化量ΔF具有如下线性关系:
式中:
k—渗压计的最小读数,单位为kPa/kHz2;由厂家所附卡片给出。
ΔF—实时测量的渗压计输出值相对于基准值的变化量,单位为kHz2;
F—实时测量的渗压计输出值,单位为kHz2;
F0—渗压计的基准值,单位为kHz2。
(2)当渗压计的渗透(孔隙)水压力恒定时,若温度增加ΔT时,渗压计有一个输出量ΔF′,这个输出量仅仅是由温度变化而造成的,因此在计算时应给以扣除。
通过实验可知,ΔF′与ΔT具有下列线性关系:
式中:
b—渗压计的温度修正系数,单位为kPa/℃;由厂家所附卡片给出;
ΔT—温度实时测量值相对于基准值的变化量,单位为℃;
T—温度的实时测量值,单位为℃;
T0—温度的基准值,单位为℃。
(3)当渗压计受到渗透(孔隙))水压力和温度的双重作用时,渗压计的一般计算公式为:
式中:
Pm—被测对象的渗透(孔隙)水压力,单位为kPa;
注:
若大气压力有较大变化时,应予以修正。
4.2自动测量
振弦式渗压计安装埋设完毕,可接入“智能分布式安全监测数据采集系统”进行测量,该系统能实现自动定时监测,自动存储数据及数据处理,
并能实现远距离监控和管理。
具体使用方法请参阅相关资料。
4.2.1自动测量的计算
振弦式渗压计接入“智能分布式安全监测数据采集系统”后,仪器的测量、计算存储均自动完成,无须人工干预。
5、注意事项
振弦式渗压计安装定位后应及时测量仪器初值,根据仪器编号和设计编号作好记录并保存,严格保护好仪器的引出电缆。
6、安全与环保
6.1安全施工
1作业人员的安全技术培训教育
对作业人员施工前进行安全知识培训,班长对施工过程的安全问题进行讲解与分析。
未经教育的人员不得进入现场进行施工。
2仪器埋设过程中的安全问题
(1)制定防尘防毒防辐射等职业危害的措施,戴好口罩等防尘工具。
(2)仪器埋设时作业人员必须戴好安全帽,对于高空作业必须系安全带,作业点周围挂好安全网等做好“三保四口五临边”(三宝”指安全帽、安全带、安全网;“四口”指楼梯口、电梯井口、预留洞口、通道口。
“五临边”指:
尚未安装栏杆的阳台周边,无外架防护的层面周边,框架工程楼层周边,上下跑道及斜道的两侧边,卸料平台的侧边。
)。
(3)防雷
雷雨天户外施工做好防雷工作,设立避雷装置。
6.2环境保护
1节约用水
合理设计用水方案,设备的冲洗设立循环用水装置。
2做好设备的维修保养工作,使各仪器保持低耗高效的状态。
3节约用电
4防止噪音污染
近民区避免夜晚施工,设立消声降噪装置。
7、附件
附表一:
原始记录表(编号)
附表二:
埋设考证表(编号)
渗压计观测记录表编号:
xxx-xx
工程名称:
安装位置:
仪器设计编号:
深度:
高程:
测孔编号:
安装日期:
观测日期
时间
频率模数F
温度(℃)
观测
记录
校核
备注
安全监测仪器埋设考证表
施工单位:
广州市翰源建设工程质量检测有限公司合同编号:
单位工程名称
分部工程名称
分项工程名称
单元工程编码
监测仪器名称
振弦式渗压计
生产厂家
监测仪器规格型号
安装埋设日期
传感器编号
灵敏度K(MPa/kHz2)
分辨率(精度)(%F.S)
耐水压(MPa)
埋前读数
频率模数
温度值℃
埋后读数
频率模数
温度值℃
安装与埋设
测点参数
设计要求
实际埋设
1
根
根
2
据
据
3
设
设
4
计
计
5
而
而
6
定
定
7
参
要
8
数
求
9
埋设示意图及说明
施工单位
初检:
年月日
复检:
年月日
终检:
年月日
监理单位
监理工程师:
年月日
说明:
一式四份报送监理部,签证后返回报送单位两份。
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